被粘材料的表面处理与胶接.doc

被粘材料的表面处理与胶接被粘材料的表面处理与胶接（一）表面特性的影响 1、清洁度：金属表面吸附着一层内聚强度低的表面能低的污染层和氧化膜，这将降低胶接强度一般地，金属表面干净时，接触很小甚至为零材料处理后接触随时间而变化，在空气中易受环境气氛的污染，接触角升高，约 5H 后接触角趋于稳定 表面处理前后的接触角和胶接强度 金属 处理方法 接触角（度） 剪切强度 Mpa 铝 未处理 脱脂 H2SO4/Na2Cr2O7 H2SO4/Na2Cr2O7+高温烘 67 67 0 78 17.2 19.3 36.3 25.5 不锈钢 未处理 脱脂 H2SO4/Na2Cr2O7 50-75 67 10 36.6 44.3 49.7 钛 未处理 脱脂 H2SO4/Na2Cr2O7 50-75 61-71 10 9.5 22.4 43.2 2、粗糙度 被粘材料表面用纱布打磨或喷砂处理，适当地将表面粗化均能提高胶接强度糙化过程去除原先存在的表面层形成新的表面层（净化），而且喷砂表面比抛光表面有更大的实际胶接面积，表面太粗糙反而会降低胶接强度，因为过于粗糙的表面不能将胶粘剂良好侵润 ，凹处易残面空气对胶接不利。

Upa 胶粘剂 重量比 固化条件（ºC/H） 喷砂 抛光 70/30 74/16 58.3 27.8 60/40 74/16 57.7 34.6 环氧-聚酰胺 50/50/ 74/16 59.0 38.2 环氧-DTA 100/10 60/96 85.0 61.9 3、表面化学结构 表面的化学组成与结构对被粘材料的胶接性能、耐久性能、热老化性能等都有重要影响，而表面结构对胶接性能的影响往往是通过改变表面层的内聚强度、厚度、孔隙度、活性和表面能来实现 用铬酸酸蚀铝表面后，将铝试样侵泡在 60ºC 蒸馏水中清洗，很容易在表面生成以 AL2O3.3H2O 为主的氧化铝水合物，其内聚强度较低，厚度>103A，使接头出现破坏，强度大大降低，并且能在铝试片表面观察到单晶或粉末状图谱以及虹色干涉现象在热自来水中清洗时，填充效率很低，水合物生成较少，其表面看不到虹色或单晶图谱，胶接强度较高因此，要得到高剥离强度，铝表面氧化物应该是无水的 铬酸蚀后清洗条件 Mpa 破坏类型 电子衍射法 外观 60ºC 20.6 内聚 无图谱 无色 自来水 90ºC 20.0 内聚 无图谱 无色 60ºC 6.4 粘附 单晶图谱 虹色 蒸馏水 90ºC 5.8 粘附 粉末状图谱 虹色 （二）表面处理方法 1、溶剂碱液和超声波脱脂法： 溶剂脱脂法：常用擦洗法即用无油棉花（脱脂棉）沾溶剂如丙酮、汽油、甲苯等直接擦洗被粘材料表面。

碱液脱脂法：采用热碱液中 处理油污表面，如 30-55%磷酸钠(Na4P2O7)、10-50% NaOH 、10-6%Na2CO3 或 30-85%的碱性硅酸盐 NaOH 虽是强碱，由于其润湿性能并不太好，又不易漂洗干净，其效果不如碱 性硅酸盐；碱性硅酸盐由 SiO2 和 Na2O 混合比例为 1：2 时清 洁效果最好；比例为1：1 时，适用于铝材的清洁 超声波脱脂法：一般部件放在功率为 20 瓦/cm2 的超声波中处理 20-60 秒即可得 到足够清洁表面 2、机械加工：打磨和喷砂砂纸打磨操作简便，但均匀性较差，难以得到相同的重复效果喷砂法能迅速简便的清除表面的污物，并产生不同粗糙度的表面3、化学腐蚀法： 被粘材料经上述处理后须放在酸液或碱液中进行化学腐蚀处理这可进一步除去表面上的残留污物，并使表面生成具有良好内聚强度的活化或钝化氧化层，（严格控制水的纯度） 4、涂底胶法： 在处理好的表面上，先涂一层很薄的底胶，以改进胶接性能 5、等离子体法 用等离子体法处理 PE、聚丙烯、聚四氟乙烯等难粘材料的胶接强度大大提高，这是因为表面处理后接触角降低，极限表面张力增加，因而改进胶粘剂对其侵润和粘附力。

胶接强度(Mpa) 胶接强度 材 料 未处理 处理后 材 料 未处理 处理后 高压 PE 2.2 22.0 聚酯 B 4.3 8.3 低压 PE 2.5 10.3 聚氟乙烯 2.0 9.0 尼龙 6 6.0 27.8 聚碳酸酯 2.9 6.5 PS 4.0 28.2 聚丙烯 2.6 21.7 聚酯 A 3.7 11.7 聚四氟乙烯 0.53 5.3 (三) 各种材料的表面处理与胶接1 金属材料 1.1、铝合金：按脱脂——碱液处理——铬酸酸蚀处理法 溶剂脱脂法只能除去铝表面的污物使表层的自然氧化变得干净；碱液法除去油污，又将表层自然氧化膜溶解在碱液中，并形成新的氧化膜；酸蚀法处理能溶解表层的自然氧化膜，并再生成一层致密而坚硬的氧化膜，膜厚为 1-3um,内聚强度高，吸附力强，因而胶接性能良好，酸蚀处理后的表面常是在自来水中漂洗干净，并出现一层均匀水膜待擦净并在 70°C 以下烘干 2Al(OH)3+3H2SO4 → Al2(SO) 4+6H2O Na2CrO7+ H2SO4 → Na2SO4+2CrO3+ H2O 2Al+2CrO3 → Al2O3+ Cr2O3美国标准处理 H2SO4 ——重铬酸钠溶液配方： Na2CrO7 1 （2.4%） （66-71°C）/10-12 分 浓 H2SO4 10 （22.4%） （66-71°C）/10-12 分 蒸馏水 30 （73.2%）（66-71°C）/10-12 分 英国标准处理配方： Cr2O3 5% 或 0 （60-65°C）/30 分 Na2CrO7 0 或 7.5% （60-65°C）/30 分 浓H2SO4 127.3% 或 27.3% 60-65°C）/30 分 蒸馏水 67.7% 或 65.5% （60-65°C）/30 分 1.2、碳钢：在潮湿的空气易氧化生成 Fe2O3.n H2O. (1)、溶剂脱脂——在浓 HCL1 份和 H2O1 份溶液中室温浸泡 5-10min——聚合漂洗干净、擦干——烘干（93°C，10min） (2）、溶液脱脂——在 Na2CrO7（4 份）、浓 H2SO4 （10 份）和 30 份蒸馏水溶液 71-77°C 下浸泡10min——其余同（1）。

（3）、溶液脱脂——在硫酸酸钠（30 份）、洗衣粉（3 份）和水（96.7 份）中于 60-65°C 下浸泡 5-10min——漂洗干净并在 100-105°C 烘干1.3、不锈钢 （1）、脱脂后在 100 份浓 H2SO4 和 3 份 Na2CrO7 溶液中于 60-65°C 下浸泡 15min，洗净烘干 （2）、脱脂后在 100 份浓 HCL、4 份 H2O2（30%）、20 份甲醛（40%）和 90 份 H2O 中于 65°C 浸泡 10 分钟洗净后放在浓 H2SO4 （100 份）、Na2CrO7 （10 份）和 H2O（30 份）于 65°C 下浸泡10min，洗净烘干 （3） 脱脂后在浓 HCL（2 份），六次甲基四胺（5 份），H2O2（1 份）和 H2O（20 份）中于 65-70°C 浸泡 10min，洗净烘干 1.4、 钛合金： (1) 脱脂后在 2.7g H2O2（50%）、9.6NaOH 和 1000mlH2O 中室温处理 1-2H，洗净烘干 (2) 脱脂后在 841ml 浓 HCL、63ml 浓 HF 酸和 89mlH3PO4 中室温浸泡 2min，洗净烘干（82-93°C 下10-15min）。

选用胶粘剂有环氧、酚醛、聚酰亚胺、聚苯并咪唑等高温胶1.5、镁合金： 镁合金是很轻的金属，其表面活性大易生成氧化膜镁较耐碱，但易与甲酯反应，因此脱脂溶剂只能用丙酮、三氯乙烯等 （1）、脱脂后在 NaOH（80%）中于 60-80°C 下浸泡 5-10min，洗净放在 1.8 份 Ca(NO3) 2、24 份铬酸、123 份 H2O 中于室温浸泡 5-10min，洗净烘干 （2）、脱脂后在 Cr2O3(17 份)、NaNO3（20 份）、105 份醋酸和 100 份 H2O 中于室温浸泡 3min，洗净烘干 选用 EPOXY——聚酰胺或 EPOXY——橡胶型胶粘剂 1.6、 铜： 铜在潮湿环境中易被腐蚀，尤其用乙二胺或 DTA 固化的环氧胶对铜的腐蚀作用更大 （1）脱脂后在混合溶液中室温浸泡 3min，洗净干燥，立即使用（混合溶液为浓 HCL：FeCL3： H2O=50：20：30） （2）脱脂后在溶液 HNO3 中浸泡约 15min，并擦洗至所有腐蚀处消失至净，烘干立即使用选用EPOXY、聚酰胺、有机硅、酚醛、氯丁胶和丁腈胶等 1.7、锌 （1）脱脂后在 HCL （6%）中于室温浸泡 4min，洗净干燥立即使用。

（2）脱脂后在混合溶液中 38°C 浸泡 5min，洗净烘干混合溶液为 Na2CrO7：浓 H2SO4 ：H2O=1：2：8），甲环氧、聚胺酯、有机硅、酚醛等胶接2、高分子材料 2.1 高分子材料难粘的原因：A 、表面性能很低，难以完全浸润如硅橡胶PTFE 等B 、表面为非极性的，与胶粘剂之间作用力低Ｃ、表面易吸脂和其他低分子物质，去除困难 Ｄ、热膨胀系数较高，易产生热应力 Ｅ、材料模量低，在界面易发生应力集中选用溶解度参数与被粘材料接近的胶粘剂；表面处理，以便提高胶接强度） 2.2 含氟高聚物（聚四氟乙烯 PTFE）A、钠——萘——THF 溶液腐蚀法Rc=18.5dyn/cm 将含氟材料表面用细砂纸打磨，丙酮洗涤，晾干于室温的处理液中浸泡 1-15min，此时表面产生一层均匀棕色碳化薄膜（厚度约 1um）取出用丙酮或乙酸洗涤再用水洗净，晾干立即胶接或干燥后存放 2-3 月内均有良好胶接性能 处理液配制：在三口瓶中放入升华精萘 118-128g，加入去除过氧化物的四氢呋喃 100ml搅拌溶解后慢慢加入 23-30g 钠片，反应 1-2H,溶液呈现绿色（在干燥的氮气中进行，严防 O2 和潮气影响）。

处理液须在惰性气体和醋酸密封的干燥容器中可保存三个月之久，严防水汽和空气浸入经处理的 PTFE 用 EPOXY——聚酰胺胶胶接，其室温为 11mpa 以上（PTFE/AL） B 熔融的醋酸钾法：在熔融的 k+CH3COO-中于 320-330°C 处理 6min，水洗干燥即可 用有机硅胶、环氧胶、聚氨酯、酚醛——丁腈胶等粘接 处理条件 处理方法 温度°C 时间秒 对水浸润的接触角 Mpa 未处理 —— —— 108 —— 钠—氨 -70 20 63 11.1 钠—萘—THF +20 10 分 62 11.7 醋酸钾 +325 6 分 66 11.4 2.3、聚烷烯烃（聚乙烯和聚丙烯） A、锘酸氧化液配方：Na2CrO7 5 浓 H2SO4 8 H2O 100 PE 极限表面张力为 Rc=31dyn/cm PE 和 PP 在 66-71°C 中浸泡 1- 5min 或 80-85°C 处理 5-10 秒或室温处理 1-1.5 小时用环氧胶胶接时全部是被材料本身内聚破坏PS 可在 Na2CrO7 （10 份）和浓 H2SO4 （90 份）的氧化液中处理 3-4min B 、等离子体法：处理时间约 5 秒，胶接强度可提高十倍至数十倍，PP 经过处理后，Τ 由 0.7 上升16.8mpa.。

胶接 PE：环氧、醋酸乙烯酯——乙烯共聚物、聚氨酯、有机硅等 胶接 PP：环氧——聚酰胺、丁腈胶、聚氨酯等胶 胶接 PS：氯丁胶、氰基丙烯酸醋、聚氨酯、环氧胶等 表面处理法对 PE 胶接强度的影响胶粘剂 未处理 砂纸处理 化学氧化法 等离子体 环氧 3.2 13.8 33.7 32.6 聚酯 6.0 12.3 27.3 30.3 酚醛-丁腈 3.1 3.9 7.2 12.4 2.4、聚酯和聚碳酸酯 聚酯 Rc=43dyn/cm， 聚酯表面结晶度高，必须降低结晶度和增加极性，可浸泡在 20%的 NaOH 溶液于 70-95°C 处理 10min. 聚酯薄膜（洗涤膜）用有机硅、聚氨酯、线型聚醋。